華爲超強糾錯技術白皮書

華爲超強糾錯技術白皮書
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前言IP領域技術發展帶有明顯的技術驅動的特點,新技術層出不窮,但由於IP技術的最初定位不是滿足電信網絡的需求,在滿足電信網的QoS、安全、高可用性等要求方面還未形成體系。視頻、音頻、數據已成爲IP網絡所承載的主要業務類型,而視頻對網絡QOS有極高的要求,只要有網絡丟包出現,視音頻質量就會受到影響。
華爲公司長期致力於視音頻的IP QOS技術研究,在網絡抗丟包方面擁有核心的超強糾錯技術。
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IP網絡現狀2.1.1
IP QOS現狀隨着硬件轉發技術的應用,路由器、交換機對數據報文的處理時延已經達到微秒級,端到端的時延主要取決於傳輸距離而不是節點的處理時延,現網經驗告訴我們,在端口流量達到80%甚至90%的時候,大多數主流路由、交換設備都不會出現丟包,處理時延在100us左右。更大強度的端口流量、以及完全達到網絡設備的最大流量限制時,由於網絡設備的擁塞會導致網絡丟包,網絡丟包通過線路本身無法完全解決。
目前,大多數商用網絡通過業務的流量流向預測、採用適當過量的帶寬設計避免網絡擁塞作爲保證QoS的主要手段,同時在網絡上部署DiffServ和E-LSP技術,在網絡流量突發時保證高優先級業務的質量。儘管現有QoS技術能夠在一定程度上解決網絡服務質量問題,但在具體實施過程中依然存在問題,當前視音頻通信都會經過複雜的多層路由器、交換機,隨着距離的增加,必然會帶來網絡丟包;同時當出現一些異常情況時,如鏈路誤碼率升高、路由器繁忙、路由震盪等,視頻、語音質量還會下降;IP 網絡環境裏進行視頻通訊,終端設備本身也需要增加抗丟包處理策略,纔能有力的保障視頻通信的優質效果。


2.1.2
視訊會議網絡現狀

視訊會議在IP 網絡上應用越來越廣泛,視訊會議在IP 網絡上的QOS也越來越倍受各主要設備製造商所關注,雖然目前IP QOS技術已相當成熟,但仍然無法滿足視音頻通信的要求,下面將對視頻會議網絡現狀做一個簡要分析:
(1)
視訊終端側無法保證QOS
   視頻會議採用終端的方式接入會議,終端側接入的路由器、交換機都面向於最終用戶,設備型號複雜、廠家衆多,一般採用較低端的設備;低端的網絡設備受硬件、處理性能限制,本身無法提供較高的QOS保障;同時一般低端網絡設備QOS實現都較爲簡單,不能滿足高可靠性的要求,將會出現延時、丟包;低端設備一般非主流廠家製造也較多,在QOS技術上面也不太成熟;終端側人員對於網絡設備不熟悉也會超成配置的錯誤。通過視訊終端側網絡來保證QOS存在較大的風險,基本上無法實現較高的QOS保證。
(2)
線路狀態較複雜
視訊會議主要用於遠程會議的召開、解決遠程的會議、培訓、商務等要求,一般線路跨度都較長;長距離的線路傳輸,其中一處線路質量較差都會影響整個會議效果,其中一處設備的QOS無法保證,都將會影響視頻會議效果;線路本身是無法完全保障的。
(3)
QOS的成本太高
視訊會議一般與其它業務綜合應用,用單獨的帶寬來進行視訊會議成本太高;視頻、音頻、數據、其它業務一起綜合運行,單獨對視音頻做QOS策略,也會影響帶寬的最大利用率,因爲會議都不可能一直不間斷的召開,有一定的時間性,這樣會大大增加線路成本;QOS策略的配置,對設備本身的性能也有影響,接入能力也會受到限制;從而多業務綜合應用,在線路使用高峯期必然會出現擁塞,導致網絡丟包。

3        華爲超強糾錯技術
3.1        總體描述
華爲超強糾錯技術通過實現視音頻編解碼層面與RTP層面相結合的抗丟包處理,通過關聯校驗、分組交替傳輸來保持視頻的同步補償,畫面平滑處理,最大限度的保證視音頻通信不受IP 網絡QOS的影響。
3.2        技術原理
華爲公司超強糾錯採用關聯校驗、分組交替來進一步保證丟包恢復,同時能完全兼容現網設備,實現點對點、多點會議的抗丟包處理,不影響任何業務。
(1)        關聯檢驗:
關聯檢驗即是對原有傳輸過程中的數據包通過特殊算法生成的校驗包,當傳輸到對方時,一定比例中出現1、2個丟包能100%恢復,更多的丟包時將根據情況也能恢復到90%,同時還能根據不同的丟包率採取不同的算法,來充分保證效果的一致;當出現大量的丟包時,將會採用華爲的自動降速策略,讓視音頻達到最佳的效果。
(2)        分組交替傳輸
分組交替傳輸主要是在關聯檢驗的基礎上實現恢復連續丟掉的多個包,採用這種方式提供更高的終端QOS保障,充分解決IP 網絡QOS的問題;同時終端本身的編解器算法中也實現了抗丟包處理,完全能滿足目前IP 網絡的環境要求,讓用戶盡情體驗視頻會議帶來的優質視音頻效果。
    (3)業務完全兼容
華爲設備之間具有抗丟包能力,根據當前網絡狀態,智能啓用抗丟包處理,保證視頻、語音效果;並且能很好與其它廠家設備兼容。如下圖所示:

 

多點會議中MCU根據各終端是否支持抗丟包,智能採取不同策略,實現會議兼容。
如下圖所示:

3.3        效果提升
華爲超強糾錯技術讓IP QOS得到了充分的保障,從實驗數據與現網運行狀態來看,在3%的丟包環境下,視頻效果不發生任何變化,觀看時基本感覺不到丟包。在3%以上到10%之間的丟包,也能很快的實現圖像會聚,圖像較爲連續,基本可看。
數據對比彙總表如下:
丟包率        華爲產品        其他廠商
小於0.5%        損傷基本無察覺        有損傷可察覺,但不明顯
0.5%~1%        損傷基本無察覺        損傷顯著
1%~3%        損傷基本無察覺        惡化嚴重
3%~5%        有損傷可察覺,但不明顯        圖像惡劣,溝通無法進行

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